什么是高速激光器呢?
高速激光器有兩個功能,第一個基本功能是能夠發(fā)射激光;第二個是能夠調制,將寬帶高頻信號加載到激光上發(fā)射出去。不同于激光器加調制器的方式,直調高速激光器沒有外調制時帶來的插損,同時功耗更低。
高速半導體激光器是高速光電子器件的典型代表,被譽為光通信和光網(wǎng)絡的“心臟”。高速半導體激光器可實現(xiàn)激光發(fā)射和光強度調制雙重功能。將微波信號加載到光波,可以實現(xiàn)微波信號低損耗長距離傳輸。
對于高速激光器,通常要分析靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是功率與電流關系(P-I曲線),而動態(tài)特性是不同頻率和不同驅動電流下的響應特性。當偏置電流超過某一個閾值的時候激光器就發(fā)光,不斷增大電流直到光功率飽和甚至可能會下降。真正工作的區(qū)域是其中的線性區(qū)域,斜率越高對應的響應度越高。但是對于 高速激光器,僅僅關注靜態(tài)特性是不夠的,我們必須知道其動態(tài)特性,也就是在不同頻率下的動態(tài)P-I曲線。
當頻率低于某一個值時,激光器是可以正常工作的,隨著頻率的提高,P-I曲線的斜率慢慢下降。根據(jù)這個動態(tài)的P-I曲線,可以看到激光器在不同頻率下、不同功率下的響應特性,由此可以知道激光器的最佳工作點,并對激光器的某些特性進行優(yōu)化。
與其他類型的激光器調制方式(LiNbO3調制器,電吸收調制器)相比較,直調制激光器具有較好的響應線性度。因為LiNbO3調制器的響應函數(shù)是cos2,具有很差的線性度;而電吸收調制器在這方面沒有規(guī)律,在補償電路上很有困難,不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
還有一個問題需要說明,大信號與小信號的區(qū)別。其實大信號和小信號最大的區(qū)別是信號的幅度,跟發(fā)射的光功率沒有關系。小信號是指不同頻率下光功率幅度的變化隨信號的變化,橫坐標是頻率;大信號是指信號的幅度覆蓋整個工作范圍,關注點在于開關比,至于線性度好壞不太關心。在數(shù)字通信中,我們只關注大信號,核心指標包括速率,Gb/s,誤碼率,調制度以及靈敏度。評價參數(shù)有誤碼分析(誤碼率、代價、壓力容限)和眼圖(消光比、眼高、眼寬、Q因子)。
通常用到的儀器有誤碼分析系統(tǒng)(發(fā)生器、檢測、分析儀),還有信號源,頻譜儀,光功率計等。在模擬通信中,通常關注的是小信號,在不同頻率下的帶寬。評價參數(shù)有散射參數(shù)(帶寬、反射系數(shù)),大動態(tài)響應(1dB壓縮點)以及復合二階失真。通常用到的儀器有矢量網(wǎng)絡分析儀器,信號源,頻譜儀,光功率計。
在模擬通信中除幅頻響應,相頻響應也是非常重要的。如果是線性的,可以通過相位延時來修正。在無線電通信中就有對應的器件來解決相位的問題。
那么從光域和電域看,響應線性范圍有何區(qū)別呢?
激光器輸出光功率線性范圍是10-15mW,探測器線性響應輸入光功率是1μW ~10mW。光傳輸鏈路線性響應范圍應該是包括這兩個范圍的。
激光器的輸入是電,輸出是光,而探測器剛好相反。如果光的響應范圍是60dB,那么電域的響應范圍則為平方的關系,是120dB。
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